РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ LEACH-PDT ДЛЯ БАГАТОКРОКОВОЇ МАРШРУТИЗАЦІЇ В IOT-СИСТЕМАХ НА ОСНОВІ ЗВАЖЕНИХ ГРАФІВ

Анотація

У статті розглядається проблема
забезпечення енергоефективності та просторової масштабованості бездротових сенсорних мереж
(БСМ) у системах Інтернету речей (IoT). Класичні однокрокові протоколи (LEACH) є
неефективними на великих площах покриття, тоді як існуючі багатокрокові модифікації страждають
від проблеми «гарячих точок» через критичне перевантаження транзитних вузлів. Для вирішення
цих недоліків запропоновано новий протокол магістральної маршрутизації LEACH-PDT
(Parameterized Data Transfer). Метод базується на поданні мережі головних вузлів кластерів у вигляді
орієнтованого зваженого графа, де цільова функція пошуку оптимального маршруту враховує
згладжений показник якості радіоканалу (експоненційне ковзне середнє RSSI) та спеціально
розроблений індекс втоми вузла-ретранслятора разом із його залишковою енергією. Ефективність
протоколу досліджено шляхом імітаційного моделювання за методом Монте-Карло для локальних,
середніх та масштабних топологій (до 500х500 м) з різним просторовим розташуванням базової
станції. Результати підтверджують, що багатопараметрична графова оптимізація дозволяє LEACHPDT динамічно оминати перевантажені ретранслятори. Це забезпечує експоненційне зростання
показника життєздатності першого вузла (FND) до 300% порівняно зі стандартним алгоритмом
LEACH та зберігає на 30% більше сумарного операційного часу мережі порівняно з LEACH-MH.
Запропонований алгоритм гарантує тривале збереження стовідсоткового просторового покриття, що
робить його оптимальним архітектурним рішенням для критичних систем індустріальної телеметрії,
розумного сільського господарства та охорони периметра.
Ключові слова: Інтернет речей, бездротові сенсорні мережі, протокол маршрутизації, LEACH,
багатокрокова передача, теорія графів, індекс втоми, енергоефективність

Список використаної літератури
1. Alnawafa E., Marghescu I. New Energy Efficient Multi-Hop Routing Techniques for Wireless
Sensor Networks: Static and Dynamic Techniques. Sensors. 2018. Vol. 18, no. 6. P. 1863.
URL: https://doi.org/10.3390/s18061863.
2. Al-Sulaifanie A. I., Al-Sulaifanie B. K., Biswas S. Recent trends in clustering algorithms for
wireless sensor networks: A comprehensive review. Computer Communications. 2022.
URL: https://doi.org/10.1016/j.comcom.2022.05.006.
3. An Unequally Clustered Multi-hop Routing Protocol Based on Fuzzy Logic for Wireless
Sensor Networks / M. Adnan et al. IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 38531–38545.
URL: https://doi.org/10.1109/access.2021.3063097.
4. Daanoune I., Abdennaceur B., Ballouk A. A comprehensive survey on LEACH-based
clustering routing protocols in Wireless Sensor Networks. Ad Hoc Networks. 2021. Vol. 114.
P. 102409. URL: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2020.102409.
5. Daanoune I., Baghdad A., Ballouk A. Improved LEACH protocol for increasing the lifetime
of WSNs. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2021. Vol. 11,
no. 4. P. 3106. URL: https://doi.org/10.11591/ijece.v11i4.pp3106-3113.
6. Fanian F., Kuchaki Rafsanjani M. Cluster-based routing protocols in wireless sensor
networks: A survey based on methodology. Journal of Network and Computer Applications. 2019.
Vol. 142. P. 111–142. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2019.04.021.
7. Tyagi S., Kumar N. A systematic review on clustering and routing techniques based upon
LEACH protocol for wireless sensor networks. Journal of Network and Computer Applications.
2013. Vol. 36, no. 2. P. 623–645. URL: https://doi.org/10.1016/j.jnca.2012.12.001.
8. Verma C. P. Enhancing Parameters of LEACH Protocol for Efficient Routing in Wireless
Sensor Networks. Journal of Computers, Mechanical and Management. 2023. Vol. 2, no. 1. P. 26–
31. URL: https://doi.org/10.57159/gadl.jcmm.2.1.23040.
9. Zhou Y., Wang N., Xiang W. Clustering Hierarchy Protocol in Wireless Sensor Networks
Using an Improved PSO Algorithm. IEEE Access. 2017. Vol. 5. P. 2241–2253.
URL: https://doi.org/10.1109/access.2016.2633826.